Development of Gating Nanocylinder-channel Membrane by Introducing Thermo-responsive Polymer Block to the Interface of Microphase-separated Structure

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05212
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28030:Nanomaterials-related
• Research Institution: Kochi University
• Principal Investigator: Hadano Shingo 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 講師 (70397157)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 両親媒性ブロックポリマー / ミクロ相分離 / 液晶 / 感温性ポリマー / 透過膜 / ナノチャネル / ゲート機能

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this work is to develop a novel permeation film with thermos-responsive gating function. For the purpose, we synthesized side-chain type amphiphilic liquid crystalline triblock polymer consists of PEO as hydrophilic polymer block, PNIPAM or PDEGMA as thermos-responsive polymer block, and PMA(Stb) as hydrophobic polymer block in which roles of stilbene moiety are liquid crystal and photo-crosslinker.
The obtained triblock polymer formed perpendicularly oriented cylinder microphase separation structure in film state by just thermal annealing. Especially, PEO-b-PDEGMA-b-PMA(Stb) formed more regular structure, and the film exhibited more excellent thermos-responsive gating function than PEO-b-PNIPAM-b-PMA(Stb). A noteworthy result was that thermos-responsive gating function of PEO-b-PDEGMA-b-PMA(Stb) film was effective in permeation of oligomeric PEO having a number-average molecular weight of about 2000.

Free Research Field

高分子材料化学、ナノ材料化学、

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、緻密なチャネル内の空間を温度によって変化させることで、物質の透過速度を制御することに成功した。今回開発した温度応答ゲート機能を持つ膜は、低分子量体での透過速度制御だけでなく、一般的に緻密なチャネル内では透過しないオリゴマーレベルの物質（分子量約2000）の透過にも成功した。緻密膜でありながらオリゴマーを透過する材料であることは新規性が高い。
水を膜分離で精製する場合、複数の膜を組み合わせて段階的に精製するのが一般的であり、そのためコストも高くなる。本研究のように透過性能を制御できる緻密膜であれば、条件設定によって分離対象を選別できるため、1つの素材で多段階精製にも対応可能である。